钢屋架设计

l1 2d
考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的“援助”作用。
杆件截面型式
杆件截面选取的原则： 承载能力高，抗弯强度大， 便于连接，用料经济通常 选用角钢和T型钢
截面伸展 壁厚较薄 外表平整
等强设计： 压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。
x y
角钢杆件截面形式
受压弦杆（上弦）：
l0 y 2l0x
由试验研究，桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定： ⑴对有竖腹杆的节点板，当 c t 15 235 f y 时， 可不计算稳定,否则应进行稳定计算。 在任何情况下 c t 不得大于 22 235 f y ， c为受压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向 至弦杆的净距离，t为节点板厚度。
⑵对无竖腹杆的节点板， 当 c t 10 235 fy 时， 节点板的稳定承载力可取为 0.8betf
相交于节点的中心； 荷载都作用在节点上，且都在屋架平面内。
计算内力系数
屋架的计算跨度
在一般的工业厂房中屋架的计算跨度取支柱轴线 之间的距离减去0.3m。
桁架杆件的计算长度
➢桁架平面内计算长度 l0x
弦杆 支座斜杆 l0x l (节间长度） 支座竖杆
中间腹杆 l0x 0.8l
桁架平面外计算长度 loy
⑶下弦跨中拼接节点
①构造：拼接角钢采用与弦杆相同的规格， 切去竖肢及切去直角边棱，安装螺栓， 拼接角钢与节点板各焊于不同的连接单元。
②焊缝计算
弦杆自身拼接焊缝（“C”焊缝），传递两侧弦 杆
内力的较小值N,考虑到截面形心处的力与拼接
角钢两侧的焊缝近于等距，N力由两根拼接角钢 的四条焊缝平分传递。弦杆和连接角钢连接一 侧的焊缝长度为：
(
f
f
)2
2 f
ftw
f
6M
2
0.7h
f
2
l
2 w2
f
N 2 0.7hf2 lw2
节点板部分伸出 当“A”焊缝强度不足时，采用 节点板伸出方案， 肢尖“A” 与肢背“B”两条焊缝传递弦杆 与节点板间内力，
N P N
P较小，近似按只承受轴力时 的肢尖和肢背的分配系数将 N分配到肢尖和肢背，以设计和验算“A”和“B”焊缝
(
f
f
)2
2 f
ftw
f
6M 2 0.7hf lw2
f
N 2 0.7hf lw
④支座节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝： 传递全部反力R。
R
f 0.7hf
lw
f
w f
lw 节点板、加劲肋与底板
的水平焊缝总长度
桁架节点施工图
⑴在图纸左上部绘制索引图。对称桁架，一半注 明杆件几何长度，另一半注明杆件内力。梯形 屋架L≥24m，三角形L≥15m,应予起拱f=L/500。
l1
N 4 0.7hf
f
w f
2h f
拼接角钢长度为 L 2l1 b
内力较大一侧的下弦杆与节点板间的焊缝传 递弦杆内力之差△N,如△N过小则取弦杆较大 内力的15%，内力较小一侧弦杆与节点板间焊 缝参照传力一侧采用。
弦杆与节点板一侧的焊缝强度验算：
肢背焊缝：
0.15 K1Nmax 2 0.7hf lw
⑴梯形屋架支座节点
节点板 加劲肋 底板 锚栓
加劲肋作用：
提高支座节点的侧向刚 度，使支座底版受力均 匀，减少底版弯矩
支座节点力的传递路线为：
屋架杆件 合力R
节点板
H形焊缝
底 板
L形焊缝 加劲肋
⑵支座节点的计算：
①底板： 底板面积：Fra bibliotekAAn
A0
R fc
A0
A0 锚栓孔面积
底板厚度：按均布荷载下板的抗弯计算，将
⑶节点板的拉剪破坏： N f
(i Ai )
i
1
1 cos2 i
i 第i段的拉剪折算系数 i 第i段破坏线与拉力轴线的夹角 Ai tli 第i段破坏面的截面积
单根腹杆的节点板按下式计算： N f
be t
be 节点板的有效宽度，当用螺栓连接时，应取净宽度
t 板件厚度，
应力扩散角，取30°。
⑷各零件要进行详细编号，按主次、上下、左右 顺序进行。
⑸施工图中的文字说明应包括不易用图表达以及 为了简化图面而易于用文字集中说明的内容， 如：钢材标号、焊条型号、焊缝形式和质量等 级、图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸以及防腐、 运输和加工要求。
Mi
M
Ki Ki
偏心力矩：M (N1 N2 )e
Ki
-第i杆的线刚度
Ki
EI i li
⑷节点板上各杆件之间的间距a:
受静载时， a 10 ~ 20 受动载时， a 50
➢ 2.节点板设计：
⑴形状简单、规则，如矩形、梯形
⑵梯形和平行弦屋架的节点半板厚度由腹 杆最大内力确定，三角形屋架节点半板 厚度由上弦杆内力决定。在一榀屋架中 支座节点板厚度可以大2mm,其他节点板 厚度相同。
弦杆 l0 y l1 （侧向支撑点间距离）
腹杆 l0 y l （节间长度 ）
单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆， l0 y 0.9l 绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部 所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。
变内力压杆的计算长度
平面内计算长度:
l0x d
平面外计算长度： l0y l1(0.75 0.25 N2 N1)
双角钢截面杆件的节点
➢ 1.节点设计的一般原则 ⑴双角钢截面杆件在节点处以节点板相连，各杆 轴线（型钢形心轴线）汇交于节点中心。 ⑵角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切以便 使节点紧凑时只能切肢尖。
⑶ 如弦杆截面需变化，截面改变点应在节点上。
当偏心e＞0.05h时考
虑偏心对杆件产生的
附加弯矩：
x y
x
l0 x ix
y
l0 y iy
ix 2iy
有节间荷载时
受拉弦杆（下弦）：
l0 y l0 x
支座斜腹杆及竖杆：
l0 y l0x
x y
ix iy
其他腹杆：
l0x 0.8l0 y
x y
ix 0.8iy
连接垂直支撑的竖杆：
垂直支撑传力时竖 杆不致产生偏心， 方便吊装。
一般构造要求与截面选择
➢ 3.节点的构造与计算
⑴一般节点 节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。 ① 腹杆与节点板间的传力--两侧角焊缝 （L形围焊缝，三面围焊缝），按受轴 心力角钢的角焊缝计算。
② 弦杆与节点板间角焊缝只传递差值， 按下式计算其焊缝长度。
肢背焊缝：
lw1
K1N 2 0.7hf1
f
w f
2hf 1
肢尖焊缝：
基础反力看成均布荷载q,底板被节点板和加
劲肋分成4块两相邻边支撑的板，其单位宽度
的弯矩为：
M qa12
底板下的平均压应力： q R An
底板厚度：t 6M f
②加劲肋：按悬臂梁计算，固端截面的剪力 V R
4
固端截面弯矩 M V e
③加劲肋与节点板间竖向焊缝L:
焊缝受力：
VR 4
M Ve
焊缝验算：
当 c t 10 235 fy 时，应进行稳定计算
在任何情况下， c t 不得大于 17.5 235 f y
用上述方法计算桁架节点板强度和稳定的要求
1）节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不小于30° 2）斜腹杆与弦杆夹角应在30°～60° 3）节点板的自由边长度与厚度之比不得大于
60 235 f y ，否则应沿自由边设加劲肋。
人字式腹杆
再分式腹杆 交叉式腹杆
确定屋架形式的原则
屋架的外形应与屋面材料所要求的排水坡度相适应。 屋架的外形尽可能与其弯矩图相适应，使弦杆各节
间的内力相差不大。 腹杆的布置要合理，腹杆的总长度要短，数量要少，
并应使较长的腹杆受拉、较短的腹杆受压。 节点构造要简单合理、易于制造。 对于设有天窗或悬挂式起重运输设备的房屋，还要
屋架构造的一般要求 ➢ 同一榀屋架中，角钢的规格不超过5～6种
最小角钢 L45X4 L56X36X4,L<18m 的小角钢屋 架不受此限。
桁架节点设计
➢任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计 算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。 ➢注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与 传递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角 钢在两弦杆间直接传力。
配合天窗的尺寸和悬挂吊点的位置来划分节间和布 置腹杆。
❖ 梯形屋架的外形与弯矩图比较接近，受力 情况较三角形好，腹杆较短，一般用于屋 面坡度比较小的屋盖中。这种屋架已成为 工业厂房屋盖结构的基本形式。
桁架的内力计算
➢ 1.永久荷载 屋面恒载 檩条自重 屋架、其它构件自重和围护结构自重
➢ 2.可变荷载 屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载 及吊车荷载。
f
w f
肢尖焊缝：
0.15 K2 Nmax 2 0.7hf lw
f
w f
⑷上弦跨中拼接节点
①构造：拼接角钢的弯折角用热弯形成。安装螺栓2个。 ②计算：弦杆和拼接角钢间焊缝算法与下弦跨中节点
相同，弦杆和节点板间焊缝算法与上弦节点 相同。
⑸支座节点 屋架与柱子的连接可以设计成铰接或刚接。
屋架与柱的刚接： 刚接节点连接焊缝 传递内力由以下两 部分组成： ①屋面荷载产生的 横梁端反力， ②横梁端弯矩在上 下弦轴线处产生的 附加水平力、附加 竖向反力，下弦处 的水平力中还应包 括框架内力组合的 相应水平剪力。
⑵施工祥图中，主要图面用以绘制屋架的正立面 图，上下弦的平面图，侧面图，安装节点及特 殊零件大样图，材料表。比例尺：杆件轴线为 1：20～1：30，节点为1：10～1：15。